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Fluides complexes

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Les fluides complexes nous accompagnent dans notre quotidien : les shampooings, mousses et savons dans la salle de bains ; les mayonnaises, émulsions dans la cuisine ; le sang, la salive dans notre corps ; les peintures, les boues, les sables mouvants... Que sont-ils ? Ce sont des fluides qui se comportent, selon les circonstances, comme un liquide ou comme un solide.

Solide ou liquide ?

Nous sommes familiers des changements d’état que peuvent subir les corps simples suite à un changement de température (ex : la glace qui fond) ou de ceux liés à une transformation chimique (ex : le blanc d’œuf qui coagule).

En se basant sur les définitions intuitives et familières d’un solide et d’un liquide (comment les distingue-t-on ?), on découvre que certains matériaux dits « fluides complexes » peuvent manifester les deux types de comportement, sans faire intervenir de phénomène de changement de phase. On réalise ainsi que le comportement de ces fluides complexes dépend de la sollicitation mécanique (vitesse de déformation, force) à travers plusieurs expériences visuelles.

En se penchant sur leur composition, on découvre le lien qui existe entre leur structure microscopique (suspensions, solutions de polymères élastiques…) et leur comportement macroscopique, ainsi qu’aux intéressantes propriétés que ces comportements confèrent à des produits de la vie courante (fluides biologiques, produits alimentaires, cosmétiques ou industriels).


Fluides à viscosité variable

Les fluides simples (dits newtoniens) ont une viscosité indépendante de l’écoulement ou des forces auquels ils sont soumis : la vitesse d’écoulement est simplement proportionnelle à la force appliquée. Ainsi, le miel étant plus visqueux que l’eau, il s’écoule plus lentement.

Observons la vidange de trois récipients contenant trois fluides aux comportements différents. Lequel de ces trois « sabliers liquides » se videra en premier ? L’ordre d’arrivée de cette course déjoue les pronostics et permet de s’interroger sur :
-  les mécanismes de la vidange d’un fluide visqueux (notions de pression hydrostatique et de friction visqueuse)
-  l’origine microscopique des différents comportements observés dans les trois sabliers

En parallèle, une mesure plus directe de la variation de viscosité des différents fluides en fonction de la force appliquée peut être réalisée en mesurant la vitesse de déplacement d’un objet soumis à une force constante dans le fluide : on met ainsi directement en évidence le comportement rhéofluidifiant ou rhéoépaississant de certains liquides.